CN100381765C - 封闭式承压含水层同层储能复合空调系统 - Google Patents

Abstract

封闭式承压含水层同层储能复合空调系统是一种利用了太阳能和大气冷量的封闭式地下承压含水层同层储能复合空调系统。夏天冷井提供冷量，抽取的冷水和供冷空调系统换热后，进一步吸收太阳能，温度升高，经过滤净化后，加上补给水被灌入热井储存起来供冬天使用；冬天热井提供热量，抽取的热水和供热空调系统换热后，进一步吸收大气冷量，温度降低，经过滤净化后，加上补给水被回灌入冷井储存起来供夏天使用，构成了一个封闭的复合空调系统。这一套系统可以冬天、夏天循环利用，无污染、可持续地实现冷暖空气调节。而且，回灌管路中加上补给水源，使得回灌量大于抽取量，可以有效抑制地面沉降。具有显著的经济效益和社会效益。

Description

封闭式承压含水层同层储能复合空调系统

技术领域：

本发明涉及的是一种地下含水层储能空调系统，特别是一种利用了太阳能和大气冷量的封闭式承压含水层同层储能复合空调系统，属于制冷设备技术领域。

背景技术：

目前，室内空调装置无论是独立窗式、柜式还是集中空调，多采用氟里昂气体压缩、冷凝、蒸发循环制冷(供热)的工艺流程。这些空调装置制造工艺复杂、造价高、耗电多。而且，这些空调系统，以空气为热源的一端，夏天向高温空气(室外)放热，冬天从低温(室外)空气吸热，逆向做功，其性能系数受自然条件影响很大。一些国家开发研究的太阳能空调，其研究方向大多是太阳能吸收式制冷及太阳能喷射式制冷，这类装置需要大面积的集热器，难于安装，投资大，工艺复杂。不但效率低，而且必须依赖充足的阳光，阴雨及夜间无空调作用，因而存在间断性、不稳定性和不规则性的缺点。

为改善目前空调系统的缺点，已有结合地下含水层储能技术的空调系统研究，含水层储能多采用异层储能，容易造成水质污染；未结合利用太阳能和大气冷量，完全利用地下含水层储存的能量驱动空调工作，功率受到影响；没有意识到储能水在管路中循环，水质将受到影响，没有过滤净化就回灌到含水层中，造成地下含水层水质变坏。已有技术中，专利号为89102486.7的蓄能型太阳能水循环空调系统，以地表水层即潜水层作为蓄能库，以地下水为工质，在水泵的作用下，工质水在两井之间循环，交替进行蓄能和释能过程，达到空调的目的。但是，管路和换热设计没有考虑地下含水层储能的特殊性，不是封闭循环，应用的是潜水层，水质受地表水的影响很大。没有提供额外补给水源，长期使用将造成一定的地面沉降。

发明内容：

为了克服现有技术的缺陷和不足，本发明提供一种以太阳能和大气冷量以及地下含水层储存能量为能量来源的复合空调系统。采用地下含水层人工储能技术，利用承压含水层储存的能量，结合太阳能和大气冷量进行冷暖空气调节，极大减少其他的能量供应。本发明空调系统主要包括：储冷井滤水管，储冷井，储冷井水泵，三通阀，过滤净化器，供冷空调单元，冷却塔，冷端换热器，热端换热器，太阳能集热器，供热空调单元，储热井水泵，储热井，储热井滤水管，冷水泵，热水泵，换向阀。

本发明借助承压含水层储能和太阳能集热器吸收的热能，夏天冷井提供冷量，抽取的冷水和供冷空调系统换热后，进一步吸收太阳能，温度升高，经过滤净化后，加上补给水被回灌入热井储存起来供冬天使用；冬天热井提供热量，抽取的热水和供热空调系统换热后，进一步吸收大气冷量，温度降低，经过滤净化后，加上补给水被回灌入冷井储存起来供夏天使用，构成了一个封闭的复合空调系统。

冷却塔通过换热器和储能水相互换热，进一步降低冬灌水的温度，提高承压含水层的储能效率。太阳能集热器通过换热器和储能水相互换热，进一步提高夏灌水的温度，提高承压含水层的储能效率。过滤净化器过滤净化回灌水，使回灌入的储能水的水质达到不污染地下含水层的要求。

夏天，储能水由储冷井水泵从冷井中抽出，通过三通阀进入冷端换热器，把冷量传向供冷空调系统，向外供冷，而被加热的储能水导入热端换热器，通过太阳能集热器进一步加热，在热端换热器中完成换热的储能水通过三通阀进入过滤净化器，消除管路和换热器对储能水的变质反应，使水质达到回灌水的要求，过滤后的水加上一定量的补给水，通过三通阀和储热井水泵回灌入承压含水层，完成制冷循环。冬天，储能水由储热井水泵从热井中抽出，通过三通阀进入热端换热器，把热量传向供热空调系统，向外供热，而被降温的储能水导入冷端换热器，通过冷却塔进一步降温，在冷端换热器中完成换热的储能水通过三通阀进入过滤净化器，消除管路和换热器对储能水的变质反应，使得水质达到回灌水的要求，过滤后的水加上一定量的补给水，通过三通阀和储冷井水泵回灌入承压含水层，完成供热循环。

该空气调节系统的单机功率最大宜选为5000千瓦，空调环境内温度的目标值为25℃±10％，空调环境内相对湿度选为58％。

本发明完全不需要人工提供能量，仅利用承压含水层储存的能量，结合收集的太阳能和大气冷量，为空调系统提供驱动能源，通过水泵和三通阀来实现冬用和夏用的交替进行，达到一套系统适合冬天和夏天循环利用的目的，无污染、可持续地实现冷暖空气调节。而且，回灌管路中加上补给水源，使得回灌量大于抽取量，可以有效抑制地面沉降，具有显著的经济效益和社会效益。

附图说明：

图1是本发明结构原理及夏季运行系统原理图

图2是本发明冬季运行系统原理图

图中：1是储冷井滤水管，2是储冷井，3是储冷井水泵，4是第四号三通阀，5是第五号三通阀，6是第六号三通阀，7是过滤净化器，8是第八号三通阀，9是供冷空调单元，10是第十号三通阀，11是冷却塔，12是第十二号三通阀，13是冷端换热器，14是热端换热器，15是第十五号三通阀，16是太阳能换热器，17是第十七号三通阀，18是供热空调单元，19是第十九号三通阀，20是第二十号三通阀，21是储热井水泵，22是储热井，23是储热井滤水管，24是冷水泵，25是热水泵，26是换向阀，27是承压含水层。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的具体实施作进一步的描述。

如图1、图2所示，本发明主要包括：储冷井滤水管1，储冷井2，储冷井水泵3，第四号三通阀4，第五号三通阀5，第六号三通阀6，第八号三通阀8，第十号三通阀10，第十二号三通阀12，第十五号三通阀15，第十七号三通阀17，第十九号三通阀19，第二十号三通阀20，过滤净化器7，供冷空调单元9，冷却塔11，冷端换热器13，热端换热器14，太阳能集热器16，供热空调单元18，储热井水泵21，储热井22，储热井滤水管23，冷水泵24，热水泵25，换向阀26。

储冷井2和储热井22是两口深入到同一地下承压含水层27中的深水井，储冷井水泵3和储热井水泵21是双向抽灌水泵，冷端换热器13和热端换热器14采用管壳式换热器。

储冷井滤水管1布置在储冷井2下面，储冷井水泵3一端伸进储冷井2中，储冷井水泵3的另一端和第四号三通阀4的一个端口相连，第四号三通阀4的另外两个端口依次和第五号三通阀5、第八号三通阀8的一个端口相连，第五号三通阀5的第二个端口和第六号三通阀6的一个端口相连，第五号三通阀5的第三个端口和冷端换热器13管程的一个接口相连，冷端换热器13管程的另一个接口和热端换热器14管程的一个接口的相连，热端换热器14管程的另一个接口和第十九号三通阀19的一个端口相连，第十九号三通阀19的另外两个端口依次和第六号三通阀6、第二十号三通阀20的各一端口相连，第二十号三通阀20的另外两个端口分别和第八号三通阀8的一个端口、储热井水泵21的一端口相连，储热井水泵21的另一端伸进储热井2内，储热井滤水管23布置在储热井22下面，第六号三通阀6的第三个端口和第八号三通阀8的第三个端口分别和过滤净化器7的上下两个端口相连，换向阀26的一个端口和补给水源相连，另一个端口和过滤净化器7、第八号三通阀8之间的管路直接相接。

冷端换热器13的两个壳程接管依次和第十号三通阀10的一个端口、第十二号三通阀12的一个端口相连，第十号三通阀10的其他两个端口分别和供冷空调单元9的入口、冷水泵24的一个端口相连，供冷空调单元9的出口和第十二号三通阀12的一个端口相连，冷却塔11的上端口和冷水泵24的第二个端口相连，冷却塔11的下端口和第十二号三通阀12的第三个端口相连。

热端换热器14的两个壳程接管依次和第十五号三通阀15、第十七号三通阀17的各一个端口相连，第十五号三通阀15的另外两个端口分别和热水泵25的入口、供热空调单元18的进口相连，供热空调单元18的出口和第十七号三通阀17的第二个端口相连，第十七号三通阀17的第三个端口和太阳能集热器16的一端口相连，太阳能集热器16的另外一端口和热水泵25的第二个端口相连。夏天，冷却塔11停止工作，控制第十号三通阀10，第十二号三通阀12，关闭冷水泵24，使冷端换热器13和供冷空调单元9相连，控制第十五号三通阀15，第十七号三通阀17，开启热水泵25，使太阳能集热器16和热端换热器14相互换热，而切断热端换热器14和供热空调单元18的联系。通过控制第四号三通阀4，第五号三通阀5，第六号三通阀6，第八号三通阀8，第十九号三通阀19，第二十号三通阀20，储能水由储冷井水泵3从冷井2中抽出，通过第四号三通阀4，第五号三通阀5进入冷端换热器13，把冷量传向供冷空调系统9，向外供冷，而被加热的储能水导入热端换热器14，通过太阳能集热器16进一步加热，在热端换热器14中完成换热的储能水通过第十九号三通阀19、第六号三通阀6进入过滤净化器7，消除管路和换热器对储能水的变质反应，使水质达到回灌水的要求，过滤后的水加上补给水，通过第八号三通阀8、第二十号三通阀20和储热井水泵21回灌入承压含水层27，完成夏季循环。

冬天，太阳能集热器16停止工作，控制第十五号三通阀15，第十七号三通阀17，关闭热水泵25，使热端换热器14和供热空调单元18相连，控制第十号三通阀10，第十二号三通阀12，开启冷水泵24，使冷却塔11和冷端换热器13相互换热，切断冷端换热器13和供冷空调单元的联系。通过控制第四号三通阀4，第五号三通阀5，第六号三通阀6，第八号三通阀8，第九号三通阀19，第二十号三通阀20，储能水由储热井水泵21从储热井22中抽出，通过第二十号三通阀20、第十九号三通阀19进入热端换热器14，把热量传向供热空调系统18，向外供热，而被降温的储能水导入冷端换热器13，通过冷却塔11进一步降温，在冷端换热器13中完成换热的储能水通过第五号三通阀5，第六号三通阀6，进入过滤净化器7，消除管路和换热器对储能水的变质反应，使水质达到回灌水的要求，过滤后的水加上补给水，通过第八号三通阀8、第四号三通阀4和储冷井水泵3回灌入承压含水层27，完成冬季循环。

Claims (2)

1.一种封闭式承压含水层同层储能复合空调系统，主要包括：储冷井滤水管(1)，储冷井(2)，储冷井水泵(3)，第四号三通阀(4)，第五号三通阀(5)，第六号三通阀(6)，第八号三通阀(8)，第十号三通阀(10)，第十二号三通阀(12)，第十五号三通阀(15)，第十七号三通阀(17)，第十九号三通阀(19)，第二十号三通阀(20)，过滤净化器(7)，供冷空调单元(9)，冷却塔(11)，冷端换热器(13)，热端换热器(14)，太阳能集热器(16)，供热空调单元(18)，储热井水泵(21)，储热井(22)，储热井滤水管(23)，冷水泵(24)，热水泵(25)，换向阀(26)，其特征在于储冷井滤水管(1)布置在储冷井(2)下面，储冷井水泵(3)一端伸进储冷井(2)中，储冷井水泵(3)的另一端和第四号三通阀(4)的一个端口相连，第四号三通阀(4)的另外两个端口依次和第五号三通阀(5)、第八号三通阀(8)的一个端口相连，第五号三通阀(5)的第二个端口和第六号三通阀(6)的一个端口相连，第五号三通阀(5)的第三个端口和冷端换热器(13)管程的一个接口相连，冷端换热器(13)管程的另一个接口和热端换热器(14)管程的一个接口相连，热端换热器(14)管程的另一个接口和第十九号三通阀(19)的一个端口相连，第十九号三通阀(19)的另外两个端口依次和第六号三通阀(6)、第二十号三通阀(20)的各一端口相连，第二十号三通阀(20)的另外两个端口分别和第八号三通阀(8)的一个端口、储热井水泵(21)的一端口相连，储热井水泵(21)的另一端伸进储热井(2)内，储热井滤水管(23)布置在储热井(22)下面，第六号三通阀(6)的第三个端口和第八号三通阀(8)第三个端口分别和过滤净化器(7)的上下两个端口相连，换向阀(26)的一个端口和补给水源相连，另一个端口和过滤净化器(7)、第八号三通阀(8)之间的管路直接相接，冷端换热器(13)的两个壳程接管依次和第十号三通阀(10)的一个端口、第十二号三通阀(12)的一个端口相连，第十号三通阀(10)的其他两个端口分别和供冷空调单元(9)的入口、冷水泵(24)的一个端口相连，供冷空调单元(9)的出口和第十二号三通阀(12)的一个端口相连，冷却塔(11)的上端口和冷水泵(24)的第二个端口相连，冷却塔(11)的下端口和第十二号三通阀(12)的第三个端口相连，热端换热器(14)的两个壳程接管依次和第十五号三通阀(15)、第十七号三通阀(17)的各一个端口相连，第十五号三通阀(15)的另外两个端口分别和热水泵(25)的入口、供热空调单元(18)进口相连，供热空调单元(18)出口和第十七号三通阀(17)的第二个端口相连，第十七号三通阀(17)的第三个端口和太阳能集热器(16)一端口相连，太阳能集热器(16)的另外一端口和热水泵(25)的第二个端口相连。

2.根据权利要求1所述的封闭式承压含水层同层储能复合空调系统，其特征还在于储冷井(2)和储热井(22)是两口深入到同一地下承压含水层(27)中的深水井，储冷井水泵(3)和储热井水泵(21)是采用双向抽灌水泵，冷端换热器(13)和热端换热器(14)采用管壳式换热器。

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